Vacío para la investigación y simulación del espacio

Las pruebas para motores de iones como los propulsores de iones de radiofrecuencia, los propulsores de efecto Hally otros sistemas de propulsión basados en plasma requieren entornos de vacío en los que la presión de fondo y la presión parcial del propulsor se mantengan lo suficientemente bajas como para evitar alteraciones inducidas por las instalaciones en la expansión de la zona de escape y las características de la viga.

Dependiendo del tipo de propulsor y del caudal de propelente, las presiones de funcionamiento suelen oscilar entre 10^-7 hPa (mbar) a varios 10^-5 hPa (mbar).

La propulsión eléctrica suele utilizar gases propulsores nobles como el xenón o el criptón, cuyos elevados pesos moleculares y caudales exigen mucho al sistema de vacío.

Pfeiffer ofrece conceptos de bombas escalables, desdeunidades compactas de bombas de vacíoturbomoleculares para instalaciones de laboratorio hasta sistemas de alto rendimiento para pruebas de propulsores a gran escala. Están diseñados para mantener una presión estable bajo carga continua de gas noble. La medición de presión integrada y el análisis de gas residual (RGA) permiten la monitorización continua de la composición del gas y la verificación de la envolvente de prueba de la instalación durante el funcionamiento.

Las pruebas de propulsión química, incluidas las de los motores de los cohetes, generan cargas de gas muy elevadas y transiciones de carga abruptas, especialmente durante la ignición. Para mantener una contrapresión estable en estas condiciones, el sistema de vacío debe ofrecer una alta velocidad de bombeo y responder rápidamente a los cambios en el caudal de rendimiento.

Pfeiffer lo logra con sus unidades de bomba booster de vacío que combinan boosters de vacío con bombas de tornillo en seco. Este diseño distribuye la carga de gas entre varias etapas, evita la sobrecarga térmica y proporciona el rendimiento necesario en el rango de vacío medio y grueso.

El funcionamiento controlado por frecuencia permite adaptar el caudal a la carga de gas transitoria. El rendimiento del sistema se puede verificar con pruebas de carga escalonada de orificio grande que reproducen el perfil de carga esperado antes del disparo.

En entornos explosivos en los que se deben tener en cuenta propelentes inflamables o fuentes de ignición, hay disponibles configuraciones conformes con ATEX.

En una cámara de vacío térmico (TVAC), se crean condiciones de vacío y entornos de temperatura definidos para simular el espacio.

La transferencia de calor se produce sin convección, por lo que la temperatura se controla mediante conceptos de calefacción o refrigeración externos, como las cubiertas térmicas. Esto permite realizar pruebas de estabilidad y rendimiento de los componentes en condiciones de presión y temperaturarelevantes para el espacio.

Los propulsores de iones ionizan un gas impulsor como el xenón y aceleran los iones mediante campos eléctricos o campos magnéticos. La viga de iones resultante produce una propulsión baja pero continua, lo que permite una propulsión eficiente de larga duración para la posición de satélites y misiones espaciales profundas.

La propulsión espacial se basa en la tercera ley de Newton: expulsar masa en una dirección genera movimiento en la dirección opuesta.

Los motores químicos expulsan gases de escape calientes, mientras que la propulsión eléctrica acelera las partículas cargadas. Incluso sin aire, la masa expulsada proporciona la fuerza de reacción que genera el movimiento de la nave espacial.

Los requisitos de presión dependen de la aplicación. Muchas pruebas de vacío térmico y materiales funcionan en el rango de vacío medio, mientras que las pruebas de propulsión eléctrica a menudo requieren vacío ultra alto (UHV) para evitar la distorsión de la viga de iones y las interacciones no deseadas entre las partículas propulsoras y la instalación.

Los materiales utilizados en las pruebas de vacío espacial deben mostrar una baja desgasificación, un comportamiento mecánico estable bajo ciclos térmicos y superficies limpias y compatibles con el vacío.

El acero inoxidable es el material estándar para las cámaras de vacío y los componentes internos, ya que tiene una baja desgasificación inherente. Las superficies de acero inoxidable de las cámaras y los componentes suelen estar chorreadas, rectificadas, fresadas o electropulidas. Una limpieza adecuada y un montaje hermético son esenciales, y a menudo se aplica el horneado térmico para reducir aún más las cargas de gas relacionadas con la superficie.

Las juntas de goma son la fuente predominante de gases residuales. Además, los materiales dentro del dispositivo sometido a prueba, como polímeros, pinturas, adhesivosy componentes eléctricos, a menudo dominan el comportamiento general de desgasificación. Por lo tanto, estos materiales se evalúan utilizando parámetros de cribado estandarizados, como la pérdida de masa total (TML) y los materiales condensables volátiles recogidos (CVCM), tal y como se definen en las normas de ensayo de materiales de la NASA y la ECSS.

El horneado al vacío elimina el agua adsorbida y los compuestos volátiles mediante la calefacción de los componentes al vacío. Esto reduce el riesgo de contaminación de la óptica, los detectores o el hardware de propulsión y ayuda a lograr una presión estable en las pruebas posteriores.

El horneado es un paso típico en los procesos de cribado y cualificación de materiales.

Los contaminantes pueden migrar y condensarse en superficies frías al vacío, afectando a los recubrimientos ópticos, al rendimiento del detector o a las superficies de control térmico.

Las superficies limpias, los materiales con baja emisión de gases y la condición de vacío controlada garantizan que los resultados de las pruebas reflejen con precisión el comportamiento en el espacio.

Las pruebas de impulsores de iones suelen requerir un nivel de vacío de 10^-7 hPa (mbar) hasta varios 10^-5 hPa(mbar), dependiendo del caudal de propelente y del tipo de propulsor.

Los sistemas de vacío deben proporcionar un caudal elevado para eliminar la zona de escape de xenón o criptón y mantener una presión de fondo estable. El análisis de gases residuales se puede utilizar para la monitorización de la composición del gas durante el funcionamiento del propulsor.

Cada requisito de prueba es único. Pfeiffer diseña y construye cámaras de vacío térmico personalizadas y unidades de bomba de vacío integradas adaptadas a perfiles de misión específicos.

Tanto si el objetivo es el análisis de humos de propulsores de iones , estudios de desgasificación de materialeso el recubrimiento de espejos telescópicos, nuestros ingenieros proporcionan asistencia integral, desde el diseño y el cálculo del sistema hasta la instalación, calibración y servicio.

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Pfeiffer combina más de 130 años de experiencia en ingeniería de vacío con un profundo conocimiento de las aplicaciones en entornos aeroespaciales y de investigación. Desde bancos de pruebas universitarios compactos hasta instalaciones de propulsión a gran escala, ofrecemos sistemas completos (cámarasde vacío , bombas , medidoresy herramientas de análisis ) que garantizan una condición de prueba estable, sin contaminación y repetible.

Nuestra red de servicios global y la estrecha colaboración con institutos de investigación convierten a Pfeiffer en un socio de confianza para reproducir las condiciones del espacio en la Tierra.

Los cohetes eléctricos son sistemas de propulsión que utilizan corriente eléctrica para ionizar y acelerar gases propulsores como el xenón.

Producen propulsión baja pero continua y funcionan en condiciones de alto o ultra vacío.Los cohetes químicos generan empuje quemando los propulsores, produciendo gases de escape calientes y un alto caudal másico. Requieren sistemas de vacío que puedan manejar grandes cargas de gas y transitorios rápidos durante la ignición.

Pfeiffer combina más de 130 años de experiencia en ingeniería de vacío con un profundo conocimiento de las aplicaciones en entornos aeroespaciales y de investigación. Desde bancos de pruebas universitarios compactos hasta instalaciones de propulsión a gran escala, ofrecemos sistemas completos (cámarasde vacío , bombas , medidores y herramientas de análisis ) que garantizan una condición de prueba estable, sin contaminación y repetible.

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